上海轨道交通1、2号线列车编组“6改8”项目的技术对策及实施效果分析

朱沪生

（上海申通地铁集团有限公司，201103，上海∥教授级高级工程师）

0 引言

基于当时的客流分析及城市的整体发展规划，在建设上海轨道交通1、2号线时，车站的土建规模是按接发A型车8节编组列车的能力来确定的，车站一步建成到位。实际采购时，列车为6节编组，预留了今后扩编的可能性。

鉴于上海城市规模的快速发展及建成“四个中心”的需求，城市的人口规模日益膨胀，市民的出行总量日益增加，作为整个轨道交通骨干网络的1、2号线，已远远不能满足市民的出行需求及整个城市扩展的规模需求。尤其在早晚高峰时段，1、2号线运能与运量的矛盾更加突出，已到了超饱和的状态。再加之原有信号系统的设计缺陷和折返系统的有限条件，已不能仅通过增加列车数量的方式来解决运能的问题。表1为2002—2011年上海轨道交通1、2号线日均客流变化情况和日均客流量。

在上海市政府主要领导的直接关心和过问下，明确提出了根本性解决轨道交通1、2号线运能与运量矛盾的主要手段，就是将原有列车的编组由6节扩大到8节。上海申通地铁集团有限公司（以下简称“上海地铁”）就此专题做了反复研讨与技术论证，形成了以下3个方案。

方案1：将原有的轨道交通1、2号线列车全部移到其他线路，再为轨道交通1、2号线购置新的8节编组列车。此方案易操作，但涉及到上市公司的资产转移、国外政府贷款的承诺条件，以及国家发改委的批准手续等问题，且投资较大。

表1 2002—2011年上海轨道交通1、2号线日均客流量 万人次/日

方案2：根据原有轨道交通1、2号线列车车型的技术条件，增加与之相匹配的相同型式的2辆动车。此方案也较易实行，但原车型的技术相对落后，且许多零部件已经不再生产，如果完全按照原有的技术型式增配车辆将会花费较大的资金。

方案3：采用自扩编加增扩编的方法。所谓自扩编，就是在现有的6节编组列车的基础上增加2辆动车，达到扩编目的；所谓增扩编，就是新购置6辆动车，再增配2辆经自扩编后剩余的拖车，组成编组为8节的列车。此方案的优点是，技术路线较为合理，同时可以借机改造原有的牵引系统和原有的设备系统；技术条件更为先进；车载信号改造较为方便；充分利用了扩编后剩余的拖车（A车），经济成本较为合理，整体费用相对较低；此外，向国家发改委提交的审批手续较为简便，也易于被批准。此方案的缺点是：整体改造技术较为复杂，同时要求边改造边运营，不能对运能产生较大影响，因此对运营组织的要求较为苛刻。

经过方案分析和专家论证，并报国家发改委批准同意，最后选用了自扩编加增扩编方案。

1 扩编项目的工程路线

1.1 扩编方案

上海轨道交通1、2号线配属了DC01、AC01和AC02三种型式的列车，均为6节编组。经可行性分析认为：三种车型都具有扩编为8节编组列车的条件。其中DC01型为最早投运的直流牵引列车，技术已经落后，如果简单地对该型列车进行扩编，费用高、难度大、周期长，具有较高的风险；AC01和AC02型列车归属于同一个采购合同，车型基本相同，配置在两条线路运营，扩编难度相对DC01车型来说较低，风险基本可控。在可行性分析的基础上，确定了扩编的总体工程路线：首先，对AC01和AC02型列车实施6节编组改为8节编组的扩编整改（简称，“6改8”项目）；然后，在项目取得成功经验的基础上，再着手对DC01型列车实施“6改8”。

对于AC01和AC02型列车的“6改8”项目，在开始时提出了2个扩编方案。扩编方案1为“6＋2”方案，即在既有的每列列车中增加2辆新购动车。扩编方案2为自扩编加增扩编方案，分别在每列AC01和AC02型列车中增加2辆原动车，组成编组为8节的列车，即为自扩编；在新购的6辆动车中加入2辆自扩编后剩余的拖车（A车），组成编组为8节的列车，即为增扩编。

上海地铁多次组织专家对这两个方案进行分析和论证。扩编方案1的优点是车型统一，缺点是须对每列车进行扩编改造，工作量大、周期长、成本较高。扩编方案2的优点是自扩编列车改造涉及面比较小，有能力自主完成，最重要的是对运营影响最小，而增扩编列车可委托车辆供货商实施改造，整改周期较短，成本也较低；缺点是增加了一种新的车型，增加了维修保养的工作量。综合各方面的分析和评估，认为采用扩编方案2进行扩编改造，是符合现实条件的理想方案。

1.2 扩编方案实施

上海地铁根据扩编方案2制定了具体的实施步骤。AC01和AC02型列车共有37列，其中13列（暂留1列不参与扩编）在1号线上运营，24列在2号线上运营。实施时采用自扩编和增扩编工作同步、交替进行的办法。从1号线的12列列车中调出4列，从2号线的24列列车中调出8列，将这12列列车进行拆分后形成24×2辆动车单元与12×2辆拖车单元；24×2辆动车单元分别与1号线的8列列车和2号线的16列列车进行自扩编；12×2辆拖车单元分别与新购的12×6辆动车单元进行增扩编，组成新的12列8节编组列车；并且对2号线的8列增扩编列车的车载信号系统进行调整，安排在1号线上运营。

AC01和AC02型列车“6改8”项目的成功实施，为1号线DC01型直流牵引列车的“6改8”项目提供了很好的基础和经验。由于DC01型列车采购较早，受当时条件的限制，技术性能较为落后，备件存在采购困难，维修成本高；且该车型长期超负荷运营，部件（尤其是牵引系统部件）出现不同程度的老化和损坏，可靠性也比较低。在对1号线DC01型直流牵引列车实施“6改8”扩编工作的同时，对牵引系统进行改造也非常有必要，因此该项目简称为“直改交，6改8”项目。

DC01型列车“直改交，6改8”项目借鉴了1、2号线交流列车自扩编及增扩编项目的经验。具体扩编改造步骤为：1号线16列6节编组的DC01型列车，15列（暂留1列不参与扩编）直流列车实施“直改交，6改8”项目，改造为10列8节编组的自扩编交流列车，剩余的拖车和新购的30辆动车（5×6节）进行增扩编，组成新的5列8节编组的交流列车。

2 扩编项目的工作重点

由于AC01和AC02型列车“6改8”项目和DC01型列车“直改交，6改8”项目均涉及到已投运线路和已投运列车，因此该项目难度大、风险高。如何保证运营不受影响，保证列车检修周期的连续，保证新老系统接口的衔接，保证改造周期和成本的可控，是上海地铁各层面必须考虑并需要克服的难题。

在项目的实施过程中，上海地铁面临着一边运营一边改造，以及高峰客流持续不断增加的客观难题，而且改造所涉及的1、2号线是上海地铁运营网络中的主干线路，每天客流量超过百万，压力较大。为了保证改造期间运能不受影响，上海地铁制定了细致严密的工作计划，采用自扩编和增扩编并行的方案，保证在任一时间节点最多只有2列列车处于改造停用状态。在改造过程中，从技术准备、备件供应、人员到岗、设备保障等各方面保证各项工作能按节点顺利完成。由于各项措施到位，在4年多的项目执行期间，1、2号线的运营基本未受到影响。

由于增扩编列车存在新老系统共用的情况，如何实现新老兼顾，这对设计方提出了巨大的挑战。从技术难度和复杂性来说，该改造项目甚至要超过设计一个全新的车型。上海地铁和车辆供应商一起，认真分析各系统的技术特点，除了常规的设计要求外，还重点从系统接口、检修周期、乘客界面等几个方面对设计方案进行评估和调整。例如，在设计时，就考虑尽可能减少新老系统的接口，仅保留必须的接口；在技术方案的选择上，尽可能采用成熟的技术，保证升级后系统的稳定性；在条件允许的前提下，考虑采用当前比较先进的技术，如动车采用了可四级调速的节能型空调，牵引系统采用了先进的多功能车辆总线（MVB网络）控制技术。

3 扩编项目的主要技术方案

三种车型“6改8”项目的技术难点在于增扩编改造部分。现以AC01和AC02型列车“6改8”增扩编列车改造方案为例，简要说明新购动车与原拖车（A车）在技术接口匹配上的一些技术解决方案。

3.1 机械部分

基于改造的必要性、可行性和成本等多方面的考虑，对于“6改8”项目列车的既有机械系统，仅更换了原有的贯通道，其它机械部件主要通过改造和调整来满足接口方面的匹配要求。这样不仅满足了接口的需要，也大大节省了改造成本和周期。

3.1.1 车钩

对原有A车的全自动车钩不做任何改造。6节新动车上有5种车钩，其中3种为半自动车钩，2种为半永久车钩。新B车与原A车相连仍使用与原来近似的半自动车钩（既有机械头又有电气头），新动车之间的半自动车钩（C与B1车之间，C1与C车之间）采用了简化型式的半自动车钩。

3.1.2 贯通道

贯通道是“6改8”项目比较重大的机械改动。原有的贯通道较为狭窄，车体与车体之间连接风挡设计也有不足。借此机会将原有贯通道进一步改成与新车相匹配的型式，将原A车贯通道整体拆卸，并安装定制的全新贯通道。拆下的贯通道可以作为自扩编列车的备件。

3.1.3 车门

原有A车的车门系统（气动双页内藏门）不作任何改造，新动车则配备了电动双页塞拉门。在设计电动双页塞拉门时，充分考虑了车门开关时间、车门功能、车门指示灯等与拖车车门的匹配性，做到了基本一致，实际使用效果良好。

3.1.4 车体及内装

拖车的车体采用的是ADtranz的设计方案。新动车车体虽然与拖车有所不同，但在做动车车体设计方案时，从车体颜色、座椅、扶手、内装、照明等方面，充分考虑与既有车厢设计的一致性。尽管车厢内各部件的供货商与拖车不同，但新动车在许多地方还是尽可能地做到了与原拖车相匹配，新老车厢看起来比较协调。

3.2 电气部分

“6改8”项目的改造工作主要集中在电气部分。为了使各种不同车型上的时间跨度超过10年的系统在一列车上完美地运行，列车的控制系统、牵引系统、辅助系统、制动系统等都需要进行改造。

3.2.1 网络控制系统

改造所使用的控制系统仍然采用SIBAS32的称谓，但意义已经不尽相同，虽然有部分部件与原有列车控制系统十分近似，如信号输入输出模块（SKS），但采用了新的总线接口。总体而言，在“6改8”过程中，车辆网络系统的设计并没有过多纠结于原有系统，而是采用了世界各国地铁列车较为通用的、相对比较先进的MVB网络。例如，一个列车控制单元（VCU）管理全车的牵引控制，实现了真正意义上的列车网络控制功能。“6改8”增扩编列车控制原理参见文献［3］中的图1。

动车上所有微机控制的子系统都突破性地采用了与MVB网络直连的方式，包括空调、制动、车门、辅助供电和牵引设备等。其中空调、车门系统做到了每个控制器独立与MVB网络连接，通过MVB网络甚至可以直接访问、控制任意一扇车门，真正实现了列车全网络控制，为子系统的控制和故障诊断提供了极大的便利。

与原有A车klip bus和Din bus的接口，采用了VCU网关的形式进行了完整过渡。原有列车的显示功能、SKS的控制功能，以及原A车的空调、广播、辅助系统的监控功能被平滑地过渡到新系统中，且车辆级的控制功能被整合到一套VCU中。

3.2.2 车辆控制单元

改造完成后的列车是由安装在B车上的VCU控制的。它将原有系统中的中央控制功能（CCF）和牵引控制功能（TCF）合在一起，集中在VCU上。同时，新列车中有一个数据总线接口（DBI）。它能使A车的列车控制网络（DIN总线，SIBAS Klip总线，以及一些通过SIBAS Klip的特殊列车线路）能够适应中间的B、B1、C和C1车的MVB总线结构，通过这个接口的转换使新动车与原拖车之间的信息可以互相传递。

3.2.3 司机显示器

原有的司机显示器在硬件上未作任何改动，但在软件上更新了以下内容：更新了相应故障诊断的提示，增加了电动车门状态显示功能，实时显示每节车制动施加和缓解的状态，主页面增加速度显示等。

在完成以上功能升级后，显示器功能更加完善，也更加人性化，可以满足运营的需求，而且基本达到了新购车辆的技术标准。唯一比较缺憾的是显示器硬件相对落后，而且采用了较老的 Windows3.2系统，与新一代的列车相比，存在一定的延时缺陷。

3.2.4 辅助供电系统

原有列车的供电系统采用的是交叉供电方式，即本车的辅助供电系统除给本车一半系统供电外还向邻近车辆供电。而“6改8”项目的新动车都配有一个辅助逆变器，提供三相交流380V电压。“6改8”增扩编列车辅助电源参见文献［3］中的图2。6节新动车的逆变器是并联共网后给负载供电的，辅助逆变器的冗余性和功率的利用率大大增加，当某个辅助逆变器损坏时，其它的辅助逆变器可以一起补偿因故障引起的供电缺口。这样，在1个动车辅助逆变器发生故障的情况下，仅损失大约10%的负载；在2个动车辅助逆变器故障的情况下，损失约30%负载，但仍可以保证所有车至少有1台空调机组工作；即便仅有1台辅助逆变器在工作的情况下，关键的设备负载都可以得到保留，比如系统冷却、供风系统等。

3.2.5 制动控制

A车继续保留了原有的KBGM的制动控制系统。新动车的制动系统采用了新型的EP2002制动控制系统。这是该套系统首次运用在中国城市轨道交通的列车上。“6改8”项目采用了每辆动车一个网关阀和一个智能阀的配置方案，由于项目的特殊性，制动系统仅进行单车的制动管理，而列车级的制动管理完全由车辆VCU来控制。通过对A车相关电路的改造，将原有BECU的输入指令从PWM编码器巧妙地替代为SKS模拟量输出装置。

4 扩编项目的效果分析

整个扩编改造项目在一边运营一边改造的过程中进行，从项目审批到列车改造全部完成，历时约4年左右的时间。在此期间，上海地铁不仅克服了列车改造所遇到的众多技术难题，而且还避免了因列车改造而引起运能下降的问题，项目运作平稳有序。

整个“6改8”项目完成后，1号线拥有自扩编列车18列，增扩编列车19列，加新增购的8节编组列车16列，总计达到53列；2号线拥有自扩编列车16列，加新增购的8节编组列车37列，总计达到53列。至此，1、2号线列车全部实现了原定8节编组的运营方式。其社会、经济效益十分明显，主要体现在以下几方面：

1）1、2号线是整个上海轨道交通网络中的骨干线路，运量呈现不断攀升的现象。在扩编改造前的早晚高峰小时内，1号线超载量达到140%以上，2号线超载量达到127%以上。这不仅影响了地铁服务质量，而且隐藏着很大的安全隐患。“6改8”任务完成后，1号线高峰小时断面的列车运载量从3.72万人次提升到4.96万人次，2号线从3.43万人次提升到4.58万人次，高峰小时超载量分别下降了37%和28%。这有效地缓解了1、2号线高峰拥挤的状况，初步满足了1、2号线客流高峰的运营状况，基本解决了目前运能与运量的矛盾，完全达到了预期的效果，乘客普遍反映良好。

2）在DC01型列车“直改交，6改8”项目中，安装了株洲南车时代电气股份有限公司生产的交流传动系统。这是国内自主品牌首次在轨道交通车辆上批量装车应用。在此之前，国内轨道交通列车的牵引系统清一色是由国外引进。株洲南车时代电气股份有限公司生产的交流传动系统装车运营后，可靠性高、备件供应及时，打响了其在A型车市场的品牌。在接下来的几年时间里，该公司获得了多个轨道交通订单。这也成功提升了我国轨道交通产业的国产化设计和制造能力，打破了国外产品垄断国内轨道交通市场的格局。

3）“6改8”后的列车充分利用了原有车站站台的长度，完成了原可行性研究报告中的最终列车运营目标。在整个扩编改造项目实施过程中，上海地铁摒弃了为满足运能而单纯购买新车的传统做法，而是创造性地在既有列车基础上进行扩编整改，且在运能利用上达到了最大程度的发挥，列车运营能耗上也有了大幅度的降低。该项目不仅解决了1、2号线列车历史遗留下来的问题，也解决了资产转移、车载信号利用、政府审批及国产化开发等一系列重大问题，在社会效益、经济效益等方面都具有较大的现实意义。

［1］上海申通地铁集团有限公司.上海地铁1号线车辆技术规格书（一期工程）［R］.上海：上海申通地铁集团有限公司，1991.

［2］上海申通地铁集团有限公司.上海地铁1、2号线车辆技术规格书，1.2卷［R］.上海：上海申通地铁集团有限公司，1996.

［3］戚婷婷，奚笑冬，余强.上海轨道交通车辆“6改8”项目的分析［J］.城市轨道交通研究，2008（10）：40.